CN110523608A - 一种一体化双频换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化双频换能器，主要包括高频振子、低频振子等，安装外壳内安装密封外壳，密封外壳内顶部安装基阵架，基阵架上安装高频振子和低频振子，高频振子和低频振子上方为透声辐射面，安装外壳底端连接连接环，连接环下方连接锁紧环，锁紧环中心有从密封外壳后端引出的引出电缆，引出电缆的三根芯线分别为高频振子的正极、低频振子的正极和公共负极。本发明双频换能器的一体化设计，将两个不同频率的换能器在组合在一起，整体进行安装、密封，实现换能器小型化、一体化设计；具有结构简单、设计新颖、性能优异、使用操作方便、可靠性高等特点，能够满足水面驱逐舰的测深仪在远海和近海不同水深测量的要求。
Description
技术领域
本发明涉及水面舰艇测深仪换能器设计和制造的领域，具体涉及一种一体化双频换能器。
背景技术
水面驱逐舰通常测深仪都采用双频的工作方式，在远海水深较深的情况下，采用低频换能器工作，实现远距离测深；在近海水深较浅的情况下，采用高频换能器工作，实现短距离精确测深。因此，水面驱逐舰测深仪通常需要安装一个低频换能器和一个高频换能器进行配合工作，两个换能器在结构上需要两个安装空间，需要通过两根电缆进行信号传输。随着水声技术的不断发展，小型化、一体化双频换能器成为了测深仪换能器发展的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种一体化双频换能器。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种一体化双频换能器，主要包括高频振子、低频振子、透声辐射面、基阵架、密封外壳、安装外壳、连接环、锁紧环、引出电缆，安装外壳内安装密封外壳，密封外壳内顶部安装基阵架，基阵架上安装高频振子和低频振子，高频振子安装在低频振子压电陶瓷圆环的中心，高频振子和低频振子上方为透声辐射面，高频振子和低频振子的辐射面位于同一平面上，安装外壳底端连接连接环，连接环下方连接锁紧环，锁紧环中心有从密封外壳后端引出的引出电缆，高频振子和低频振子的负极面通过导线连通，正极各自引出一根导线，引出电缆为三芯电缆带屏蔽纵向水密电缆，三根芯线分别为高频振子的正极、低频振子的正极、高频振子和低频振子的公共负极。
所述高频振子由一片压电陶瓷圆片组成，利用压电陶瓷圆片的厚度振动实现380kHz的高频工作，并且采用收发合置式设计，实现高频声波发射和接收，高频振子与透声辐射面相连接的压电陶瓷面是负极，另一面是正极。
所述低频振子由三片压电陶瓷圆环并联连接组成，采用三片压电陶瓷圆环的纵向振动形式和收发合置式设计，实现低频声波发射和接收，低频振子与透声辐射面相连接的压电陶瓷面是负极，后端面是正极。
所述基阵架采用聚氨酯泡沫材料制造，作为高频振子与低频振子的安装定位和减震去耦部件。
所述密封外壳采用海军铜制造，透声辐射面采用聚氨脂灌注和橡胶硫化相结合的密封方式，引出电缆为硫化电缆并采用“O”型圈密封。
所述安装外壳采用316L不锈钢材料制造，密封外壳外表面有两道“O”型圈，安装外壳的法兰上有六个安装孔以在舰艇上安装固定。
所述连接环和锁紧环都采用316L不锈钢材料制造。
本发明的有益效果为：本发明双频换能器的一体化设计，将两个不同频率的换能器在组合在一起，整体进行安装、密封，实现换能器小型化、一体化设计；具有结构简单、设计新颖、性能优异、使用操作方便、可靠性高等特点，能够满足水面驱逐舰的测深仪在远海和近海不同水深测量的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中的A-A剖视图。
附图标记说明：高频振子1、低频振子2、透声辐射面3、基阵架4、密封外壳5、安装外壳6、连接环7、锁紧环8、引出电缆9。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例：如附图所示，这种一体化双频换能器，主要包括高频振子1、低频振子2、透声辐射面3、基阵架4、密封外壳5、安装外壳6、连接环7、锁紧环8、引出电缆9，安装外壳6内安装密封外壳5，密封外壳5内顶部安装基阵架4，基阵架4上安装高频振子1和低频振子2，基阵架4采用聚氨酯泡沫材料制造，作为高频振子1与低频振子2的安装定位和减震去耦部件。高频振子1安装在低频振子2压电陶瓷圆环的中心，高频振子1由一片压电陶瓷圆片组成，利用压电陶瓷圆片的厚度振动实现380kHz的高频工作，并且采用收发合置式设计，实现高频声波发射和接收，高频振子1与透声辐射面3相连接的压电陶瓷面是负极，另一面是正极。低频振子2由三片压电陶瓷圆环并联连接组成，采用三片压电陶瓷圆环的纵向振动形式和收发合置式设计，实现低频声波发射和接收，低频振子2与透声辐射面3相连接的压电陶瓷面是负极，后端面是正极。高频振子1和低频振子2上方为透声辐射面3，高频振子1和低频振子2的辐射面位于同一平面上，安装外壳6底端连接连接环7，连接环7下方连接锁紧环8，锁紧环8中心有从密封外壳5后端引出的引出电缆9，高频振子1和低频振子2的负极面通过导线连通，正极各自引出一根导线，引出电缆9为三芯电缆带屏蔽纵向水密电缆，三根芯线分别为高频振子1的正极、低频振子2的正极、高频振子1和低频振子2的公共负极。密封外壳5采用海军铜制造，透声辐射面3采用聚氨脂灌注和橡胶硫化相结合的密封方式，引出电缆9为硫化电缆并采用“O”型圈密封，以提高换能器的水密可靠性。安装外壳6采用316L不锈钢材料制造，密封外壳5外表面有两道“O”型圈，起到密封外壳5与安装外壳6安装定位的作用，安装外壳6的法兰上有六个安装孔以在舰艇上安装固定。连接环7和锁紧环8都采用316L不锈钢材料制造，起到密封外壳5与安装外壳6连接固定的作用。
实施例2：在实施例1的基础上，高频振子1的厚度振动谐振频率设计在375kHz附近，在380kHz的工作频率上可以发挥出高频振子1的最佳工作性能。高频振子1的外径为Φ19mm，压电元件选用PBS型压电陶瓷，设计高频振子1的厚度方向伸缩振动的谐振频率约375kHz，可以确定高频振子1压电陶瓷的厚度为5.2mm，计算压电陶瓷的静态电容约为900pF，连接5m长电缆，高频振子1的静态电容约为1400pF。低频振子2的谐振频率设计在92kHz附近，在94kHz的工作频率上可以发挥出低频振子2的最佳工作性能。低频振子2的压电元件采用PZT-42型压电陶瓷，三片尺寸为(Φ46×Φ23×5.8)的压电陶瓷圆环采用并联连接的结构形式，压电陶瓷之间通过粘结剂粘接固定，低频振子2的静态电容约为6300pF,连接5m长电缆，静态电容约为6800pF。
密封外壳5的辐射面硫化一层2mm的透声橡胶，在高频振子1与低频振子2与透声辐射面3之间灌注一层4mm的聚氨酯橡胶。高频振子1的正极、低频振子2的正极和公共负极与引出电缆9的三根芯线相连接，水密的引出电缆9通过“O”型圈密封安装固定在密封外壳5的后端。
换能器装配完成后，最大外径约为170mm，高度约为142mm，重量约为9.5kg。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种一体化双频换能器，其特征在于：主要包括高频振子(1)、低频振子(2)、透声辐射面(3)、基阵架(4)、密封外壳(5)、安装外壳(6)、连接环(7)、锁紧环(8)、引出电缆(9)，安装外壳(6)内安装密封外壳(5)，密封外壳(5)内顶部安装基阵架(4)，基阵架(4)上安装高频振子(1)和低频振子(2)，高频振子(1)安装在低频振子(2)压电陶瓷圆环的中心，高频振子(1)和低频振子(2)上方为透声辐射面(3)，高频振子(1)和低频振子(2)的辐射面位于同一平面上，安装外壳(6)底端连接连接环(7)，连接环(7)下方连接锁紧环(8)，锁紧环(8)中心有从密封外壳(5)后端引出的引出电缆(9)，高频振子(1)和低频振子(2)的负极面通过导线连通，正极各自引出一根导线，引出电缆(9)为三芯电缆带屏蔽纵向水密电缆，三根芯线分别为高频振子(1)的正极、低频振子(2)的正极、高频振子(1)和低频振子(2)的公共负极。
2.根据权利要求1所述的一体化双频换能器，其特征在于：所述高频振子(1)由一片压电陶瓷圆片组成，利用压电陶瓷圆片的厚度振动实现380kHz的高频工作，并且采用收发合置式设计，实现高频声波发射和接收，高频振子(1)与透声辐射面(3)相连接的压电陶瓷面是负极，另一面是正极。
3.根据权利要求1所述的一体化双频换能器，其特征在于：所述低频振子(2)由三片压电陶瓷圆环并联连接组成，采用三片压电陶瓷圆环的纵向振动形式和收发合置式设计，实现低频声波发射和接收，低频振子(2)与透声辐射面(3)相连接的压电陶瓷面是负极，后端面是正极。
4.根据权利要求1所述的一体化双频换能器，其特征在于：所述基阵架(4)采用聚氨酯泡沫材料制造，作为高频振子(1)与低频振子(2)的安装定位和减震去耦部件。
5.根据权利要求1所述的一体化双频换能器，其特征在于：所述密封外壳(5)采用海军铜制造，透声辐射面(3)采用聚氨脂灌注和橡胶硫化相结合的密封方式，引出电缆(9)为硫化电缆并采用“O”型圈密封。
6.根据权利要求1所述的一体化双频换能器，其特征在于：所述安装外壳(6)采用316L不锈钢材料制造，密封外壳(5)外表面有两道“O”型圈，安装外壳(6)的法兰上有六个安装孔以在舰艇上安装固定。
7.根据权利要求1所述的一体化双频换能器，其特征在于：所述连接环(7)和锁紧环(8)都采用316L不锈钢材料制造。
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